(57)【要約】【課題】  本発明は走査電子顕微鏡におけるレンズエラー決定方法、より詳細にはそのようなレンズエラーの決定を可能にする試料に関する。【解決手段】  本発明はたとえば、シリコンウエハ上に所謂‘自己集合’する結晶として比較的容易に製造可能な正方晶MgOの使用について説明する。そのような結晶はほぼ理想的な角度及び端部を有する。これは、たとえレンズエラーが存在してもレンズエラーが存在しない状況での明確な像を与えることができる。これは、良好な再構築が各異なるアンダーフォーカス面及びオーバーフォーカス面でのビーム断面で構成されることを可能にする。レンズエラーはこの再構築に基づいて決定可能である。ここでレンズエラーは補正器の手段により補正可能である。【選択図】  図1
2007066902.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集束粒子ビームで試料を走査するように設計されている粒子光学装置のレンズエラー決定方法であって：
既知の形状を有する部分を有する試料を供給する手順、
前記粒子ビームで前記試料を走査することによって1つ以上の像を生成する手順、及び、
生成された前記像に基づいて前記ビームの断面を決定する手順、
を有し、
前記試料は自由端を有する結晶であって、前記自由端は単結晶の端部で形成されていること、
を特徴とする方法。
【請求項２】
前記結晶試料は単結晶であることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記単結晶は直角を有することを特徴とする、上記請求項のうちいずれか1つに記載の方法。
【請求項４】
前記単結晶は岩塩結晶であることを特徴とする、請求項3に記載の方法。
【請求項５】
前記岩塩構造は酸化マグネシウム単結晶であることを特徴とする、請求項4に記載の方法。
【請求項６】
前記単結晶は100nmの最大寸法を有することを特徴とする、上記請求項のうちいずれか1つに記載の方法。
【請求項７】
前記試料は基板上に設けられ、かつ、
前記試料及び前記基板の2次電子放出係数は実質的に異なること、
を特徴とする、上記請求項のうちいずれか1つに記載の方法。
【請求項８】
前記試料は導電性基板上に設けられることを特徴とする、上記請求項のうちいずれか1つに記載の方法。
【請求項９】
前記粒子光学装置はレンズエラー補正器と共に供され、
前記補正器はレンズエラーが減少するように、前記の決定されたビーム断面に従って励磁されること、
を特徴とする、上記請求項のうちいずれか1つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は粒子光学装置におけるレンズエラー決定方法に関する。その装置は集束粒子ビームで試料を走査するように設計されていて：
・既知の形状を有する部分を有する試料を供給する手順、
・粒子ビームで試料を走査することによって1つ以上の像を生成する手順、及び、
・生成された像に基づいてビーム断面を決定する手順、
を有する。
【背景技術】
【０００２】
そのような方法用の試料は非特許文献１から既知である。
【０００３】
この方法はSEM（走査電子顕微鏡）、STEM（走査型透過電子顕微鏡）及びFIB（集束イオンビーム）装置のような粒子光学装置で使用される。
【０００４】
上述の型の粒子光学装置はたとえば、半導体産業における試料の検査、分析及び改質に使用される。
【０００５】
SEM及びSTEM装置は試料の検査及び分析に使用される。ここで検査される試料は集束粒子ビームによって走査される。この粒子ビームは電子ビームであって、当該ビームは対物レンズによって試料上で集束される。試料上でのビームの焦点はたとえば1nmの直径を有する。ビームは試料上で走査され、その結果としてたとえば2次電子の形式で（空間的に依存した）情報を与える。この情報は検出され、試料像の形式で入手可能となる。
【０００６】
FIB装置は試料上を走査する集束イオンビームを使用する。イオンビームは試料を構成する物質をエッチングする、又は物質を単に試料上に堆積させることが可能である。イオンビームの効果はまた、試料の組成及び試料周辺に存在する気体によっても決定される。しかも、（空間的に依存した）情報が、たとえば2次電子の形式で得られる。この情報は検出可能で、試料像の形式で利用可能である。
【０００７】
電子ビームは、エッチング又は、試料周辺領域に存在する気体による堆積を起こすことが可能であることは指摘しておかなくてはならない。
【０００８】
そのような素子は頻繁に非点収差（又はより正確には1次の非点収差）を起こす。1次の非点収差の場合、ビームは2つの相互に垂直な焦線を有する。対物レンズの焦点よりわずかに浅くなることで1つの焦線が試料上に生じ、対物レンズの焦点よりもわずかに深くなることで他方の焦線が試料上に生じるだろう。
【０００９】
ビームの焦点があるような厳密な焦線の間では、解像度は非点収差がない場合よりも悪くなる。その理由はその点でのビームの直径が各焦線の長さの少なくとも半分にしかならないからである。
【００１０】
そのような素子は大抵の場合、非点収差を補正するスティグメータ形式の補正器を備えている。このスティグメータは、焦点が生成されるように2つの焦線を1つにする。
【００１１】
非点収差の存在を決定するため、従来技術による方法では、カーボン基板上にスズの球体形状を有する試料が使用される。非特許文献2で説明されているように、そのようなスズの球体は理想的な球形にかなり近い。非特許文献2ではそのような試料の製造方法について説明している。
【００１２】
従来技術の形式によるスズの球体は、電子顕微鏡のような粒子光学装置で観察されるときに、ビームが非点収差を示すかどうかを容易に判断することが可能となる。従来技術に基づくスズの球体形状のため、完全に丸いスズ球体の像が予想され、像の輪郭のシャープさは完全に同一である。しかし、焦線がスズ球体周囲を接線方向に影響する方向では、シャープな像が得られるが、動径方向に影響する方向では、シャープさが弱くなり、結局焦線の長さになってしまう。この場合、シャープな像とは非点収差がないときに得られる解像度を有する像と見なされる。
【００１３】
ここでスティグメータの励磁を変化させながら、それ以上の非点収差が見えなくなるまで対物レンズの集束及びわずかな軸外しを繰り返し行うことで、非点収差は補正される。
【非特許文献１】Canemco社(821B  McCaffrey  St.  Laurent,  (Montreal)  Quebec,  Canada.  H4T  1N3)、カタログ”Scanning  Electron  Microscopy  Supplies”、  2005年8月25日、p.29(“Low  Voltage  Resolution  Tin  on  Carbon”)、http://www.canemco.com/catalog/sem/Canemco_Scanning.pdfから入手可能
【非特許文献２】K.R.Carson他、”An  improved  standard  specimen  for  alignment  of  electron  microscopes”、Journal  of  Scientific  Instruments、44巻、1967年、p.1036
【非特許文献３】W.Bernard、”Erprobung  eines  spharisch  und  chromatisch  korrigierten  Elektronenmikroskopes(Testing  of  a  spherically  and  chromatically  corrected  electron  microscope)、Optik、57巻、1980年、p.73-94
【非特許文献４】Guiton他、Journal  of  American  Chemical  Society、127巻、2005年、p.498
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
従来技術に基づくスズ球体に関する1つの欠点は、既知のカタログにあるサイズは10nmより小さいものはなく、それゆえに大抵のスズ球体はさらに大きな直径を有するということである。得たい解像度がたとえば1nm、これは今日SEMで実現可能である、の場合そのような試料によってはすべての非点収差を除去することは容易ではない。
【００１５】
従来技術に基づくスズ球体に関する他の欠点は、たとえば3次の非点収差又はコマ収差のような他のレンズエラーの決定には適していないことである。これらのエラーは、拡大が1次の非点収差の場合よりも大きな対称性を有するビーム断面（つまりレンズ光軸に垂直な断面）を生じさせる。たとえばある程度のアンダーフォーカス及びオーバーフォーカスを有する3次の非点収差は、三角形に等しいビーム断面を生じさせ、球面収差と3次の非点収差とを組み合わせた場合には、たとえ焦点合わせされていても三角形の断面を有する。その結果、如何なる方向においてもスズ球体のシャープな像は存在せず、レンズエラーを決定するのは難しくなる。
【００１６】
それぞれ異なるレンズエラーによって引き起こされるビーム径の概要については非特許文献3で与えられている。
【００１７】
複数のエラーに悩まされているビームの径は必ずしも各エラーのビーム径の総和というわけではないことには留意すべきである。球面収差及び3次の非点収差は回転対称のビーム径を生じさせる。ここで各収差は焦点面内で各独立である。しかし、以降の図で示すように、焦点面内の球面収差及び3次の非点収差の組み合わせは三角形の断面を有するビーム径を生じさせる。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の目的は、従来技術に基づく方法よりもより正確なレンズエラー決定に適した試料形状を有する方法の提供である。
【００１９】
この目的のため、本発明に従った方法は、試料が自由端を有する結晶試料であって、当該端部は単結晶で構成されることを特徴とする。
【００２０】
本発明は、試料像はエラーない試料像と実際のビーム径とのコンボリューションであるという認識に基づいている。ここで既知の角度及び/又は形状の輪郭を有する試料部分を表示することで、像を正確に推定することができるようになる、像が理想焦点を有するビームで表示されているかのように。これにより、ビーム形状はでコンボリューションによって決定することが可能となり、レンズエラーの決定も可能になる。単結晶は大抵の場合、必要部分としてシャープな端部及び既知の角を有している。
【００２１】
付加的な利点は、試料全体の形状及びサイズが重要になるのではなく、むしろ試料の個別的な箇所の形状及びサイズ、たとえば試料の角度、が重要となるということである。従ってたとえば10nmのサイズを有する試料で1nm未満の半径を有する部分を表すことが可能である。
【００２２】
たとえばシリコン又はカーボン基板上にある試料を使用することは可能であり、また基板内に部分的に埋め込まれている試料を使用することも、そして部分的に基板から自由になっている試料を使用することも可能であることは留意すべきである。
【００２３】
また、単結晶（の技術）には、たとえば非特許文献4で説明されているナノチューブ及びナノワイヤをも意味すると解されることにも留意すべきである。
【００２４】
本発明に従った方法の実施例では、結晶試料は単結晶である。
【００２５】
この実施例では、試料全体は単結晶であり、全面そして隅部は単結晶を特徴づける特性を有する。結晶像をここで閲覧する場合、ビームの断面を正確に確立することが可能である。
【００２６】
本発明に従った方法の別な実施例では、単結晶は直角を有する。
【００２７】
直角を有する形状では、わずかに円形からずれたビーム径は同じ直角でも明確に違いの出る像が結果として生成される。ビーム径の非常に小さな違いを観測することがすでに可能なので、特に試料面に垂直にそのような試料を閲覧する場合、観測される形状は長方形になる。
【００２８】
直角の形状を有するには、単結晶は格子の角度が直角である結晶格子を有する必要がある。そのような結晶格子には、正方晶、斜方晶又は立方晶があることが知られている。しかし、そのような結晶格子を有する単結晶全てが直角の形状を有するというわけではない。正方形単結晶はまた、たとえば六方晶、正方晶又は十二方晶形状をも有して良い。
【００２９】
本発明に従った方法の別な実施例では、単結晶は岩塩結晶である。
【００３０】
粒子ビーム素子の像はビーム入射粒子に応答して放出される2次電子の量に基づいて生成される。1つの入射粒子に応答して放出される2次電子の平均量は2次電子放出係数として知られている。電子ビームで走査するとき、岩塩結晶は大抵、たとえば200eV未満の低ビームエネルギーから100keVより大きい高ビームエネルギーの範囲で、2より大きい2次電子放出係数を有する。カーボンやシリコンのように一般に使用されている基板は、試料と基板との間の鋭いコントラストが得られるように、それぞれ異なる特定のビームエネルギーで小さな2次電子放出係数を有する。従って岩塩結晶は幅広い範囲のビームエネルギーでの使用が可能である。
【００３１】
さらに別な実施例では、岩塩結晶は酸化マグネシウムを有する。
【００３２】
酸化マグネシウムは容易に形成可能な岩塩結晶なため、直角の結晶を有する。
【００３３】
他の利点は、マグネシウム片の燃えた炎を介してウエハを移動させることで、酸化マグネシウム単結晶はシリコンウエハのような基板上に容易に小さいサイズで形成することが可能ということである。この場合、ウエハ基板に整合したマグネシウムの正方形及び棒が生成される。これらは所謂“自己集合構造”である。基板に垂直な粒子ビームの入射を選択する結果、ただ1つの面が直角の面として表される。これにより、ビーム形状は、たとえばコンピュータ技術の助けを借りることで比較的容易に決定される。従ってこれらの試料は3次の非点収差及びコマ収差のようなビームの様々なエラーを決定するのに適したものとなる。
【００３４】
そのような配向を有する正方形結晶の別な利点は、上述の角度を決定する基本構造(rib)が非常に明確に確立できるように、試料の横面（つまり観測面に隣接する面）はビームによって全く露光されないということである。
【００３５】
本発明に従った方法の別な実施例では、単結晶は100nmの最大寸法を有する。
【００３６】
たとえば100nm未満の最大寸法を有する単結晶を意味する、所謂ナノ結晶の使用は魅力的である。その理由は、これらの単結晶のサイズは単結晶を走査するビーム径の大きさとそれほど変わらないオーダーだからである。従ってビーム径が複数の画素を同時に占めるときに、現在使用されている1000*1000画素が表現される再生技術によって、試料全体を表現することが可能である。後者は十分な精度でビーム形状を決定するのに必要である。
【００３７】
本発明に従った方法のさらに別な実施例では、試料は基板上に設けられ、基板と試料の2次電子放出係数は大きく異なることを特徴とする。
【００３８】
基板と試料の2次電子放出係数が異なっている必要があるというのは当然のことである。なぜならこの実質的な差異で、基板と試料との高いコントラストが実現するからである。
【００３９】
本発明に従った方法のさらに他の実施例では、試料は導電性材料上に設けられる。
【００４０】
レンズエラーに加え、試料の帯電もまた像歪みを引き起こしうる。歪みが帯電によるものか又はレンズエラーの結果によるものかははっきりしない。そこで試料を導電性基板上に設置することで、帯電は可能な限り防止される。
【００４１】
本発明に従った方法のさらに他の実施例では、粒子光学素子はレンズエラー補正器とともに供される。レンズエラーが減少するように、補正器は、得られたレンズエラーの決定によって増幅される。
【実施例】
【００４２】
ここで本発明について2つの図を参照しながら詳細に説明する。
【００４３】
図1はコンピュータシミュレーションで計算した（近軸）焦点面からのそれぞれ異なる距離のビーム断面を概略的に図示している。
【００４４】
このシミュレーションでは、すべての場合においてビームは同程度の球面収差に悩まされる。行はそれぞれ異なる焦点からのずれ、列はそれぞれ異なる3次の非点収差での断面を図示している。
【００４５】
焦点面は第3行すなわち焦点からのずれが0のところで示されている。第2行は、対物レンズから見て、焦点面後方からある距離で設けられている面でのビーム断面を図示している。その一方で、第1行は第2行で示されている面後方から、焦点と第2行で示されている面との間隔と同じ距離に設けられた面でのビーム断面を再現する。同様に、第4行及び第5行は視差焦点面と対物レンズとの間にある面でのビーム断面を図示している。
【００４６】
一番左側にある第1列では、3次の非点収差が存在せず、ビームは球面収差のみに悩まされている。第2列では、第1列で見られた球面収差に加えて、ある程度の3次の非点収差が存在する。第3列では、球面収差に加えて、第2列の2倍の非点収差が存在する。第4列では、球面収差に加えて、第2列の3倍の非点収差が存在する。
【００４７】
当業者に既知のように、球面収差はレンズの軸に対して回転対称性を有するビーム径を生じさせる。しかし、3次の非点収差は3回の回転対称性を有する非対称なビーム径を生じさせる。3次の非点収差が増大するにつれて、ビーム径の回転対称性は次第に失われてゆく。
【００４８】
それぞれ異なる焦点からのずれでのビーム形状を決定することで、適切な指標でのエラー決定が可能となる。たとえこの例ではレンズエラーとして球面収差及び3次の非点収差が使用されても、この方法で他のレンズエラーを決定することも可能であるということは明らかである。
【００４９】
先に示したように、試料像は試料が無限小のビーム径を有するビームで走査されたときに生成される像と、実際のビーム直径とのコンボリューションである。たとえば、試料とビーム形状のコンボリューションである取得像に基づいて試料構造の基本構造の位置及び配向を決定することで、試料の形状を再構築することが可能である。
【００５０】
当業者に既知であるように、像のデコンボリューションは試料の再構築された形状で実行することが可能である。それは焦点からある距離でのビーム直径を再構築する。
【００５１】
それぞれ異なる焦点からのずれでのビーム径のこの再構築を実行することで、ビーム形状を決定することが可能となる。
【００５２】
当業者に既知であるように、像のデコンボリューションは試料の再構築された形状で実行することが可能である。これは、焦点からある距離でのビーム径を再構築する。
【００５３】
それぞれ異なる焦点からのずれにおいてビーム径をこの方法で再構築することで、ビーム径が決定されるとすぐに、レンズエラーを基本的に既知の方法で決定することが可能である。レンズエラーが減少するように、補正器の励磁は手動又はコンピュータ制御で変化させることが可能である。この処理は複数回たとえば、レンズエラーがあらかじめ設定された値よりも小さくなるまで、又は焦点でのビーム径があらかじめ設定された値よりも小さくなるまで繰り返すことが可能である。
【００５４】
図2は本発明に従った方法を実装した装置を概略的に図示している。
【００５５】
SEM（走査型電子顕微鏡）のような電子銃200は電子ビーム204を発生させる電子源202を含む。この電子ビーム204は磁気レンズ206及び磁気レンズ208のようなレンズによって試料位置210上で集束される。試料中の検査したい領域を電子ビーム204の焦点へ移動させるため、この試料位置210は変動台212上にある。中央制御ユニット216の制御を受けながら、電子ビーム204は、偏向器220によって試料位置210に設置された試料表面全体を走査する。電子ビーム204が試料位置210に設けられた試料全体を走査するとき、2次電子が放出され、それらは2次電子検出器(SED)214によって検出される。従ってこれらの2次電子は試料上の空間依存する情報を与える。SED214からの信号は中央制御ユニット216へ伝送される。ここでこの空間依存する情報はモニタ218の信号に変換され、すぐにユーザーは試料像を取得する。SED214、変動台212及び試料位置210は試料チャンバ222内に設けられる。電子銃200及び試料チャンバ222は動作中、真空に保たれるが、真空引きの装置は図示されていない。
【００５６】
たとえば当業者にとって既知であるような、複数の多重電極及び/又は多重磁極を含む補正器224は中央制御ユニット216によって増幅され、レンズ206によって引き起こされるレンズエラーの効果を減少させる。
【００５７】
補正器224の正しい励磁を確立するため、たとえば酸化マグネシウム単結晶がカーボン又はシリコン基板上に設けられる、試料位置210で。本発明に従った方法を実行することで、補正器224の正しい励磁を見いだすことが可能である。検査される試料は試料位置へ運ばれるとすぐ、検査することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】コンピュータシミュレーションで計算した（近軸）焦点面からのそれぞれ異なる距離のビーム断面を概略的に図示している。
【図２】本発明に従った方法を実装した装置を概略的に図示している。
【符号の説明】
【００５９】
200  電子銃
202  電子源
204  電子ビーム
206  磁気レンズ
208  磁気レンズ
210  試料位置
212  変動台
214  2次電子検出器
216  中央制御ユニット
218  モニタ
220  偏向板
222  試料チャンバ
224  補正器
【図１】
2007066902.tif 000003
【図２】
2007066902.tif 000004